Wytłaczanie przewodu paliwowego 6,3x1,35 mm – dobór koleca i ustnika, wzory, PA12, NBR, CSM

Pytanie

jaki kolec i ustnik wybrać aby wytłoczyć przewód paliwowy o średnicy fi 6,3 i grubości ścianki 1,35 na podstawie wzorów i wyliczeń

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Dla standardowych elastomerów paliwowych (NBR/CSM) lub PA 12 przy typowych parametrach wytłaczania zaleca się zacząć od:
  • kolec (trzpień, mandrel) Ø 3,30 ± 0,05 mm
  • ustnik (matryca, die bushing) Ø 5,80 ± 0,05 mm
• Wymiary te wynikają z równoważenia pęcznienia wylotowego (die-swell λ ≈ 1,07-1,10) z kontrolowanym rozciąganiem (draw-down DDR ≈ 1,25-1,35).
• Ostateczne wartości należy potwierdzić w pierwszej serii prób i korygować o 0,02–0,05 mm w zależności od realnego λ i DDR danego materiału, maszyny oraz prędkości procesu.

Szczegółowa analiza problemu

1. Dane wyjściowe

• średnica zewnętrzna wyrobu \(OD_f = 6{,}30\; \text{mm}\)
• grubość ścianki \(t_f = 1{,}35\; \text{mm}\)
• średnica wewnętrzna \(ID_f = OD_f-2t_f = 3{,}60\; \text{mm}\)

2. Zjawiska decydujące o wymiarach narzędzi

1. Pęcznienie wylotowe (die swell, λ) – relaksacja naprężeń sprężystych po opuszczeniu głowicy; dla PA 12: 1,05-1,20; dla mieszanek gumowych NBR/CSM: 1,08-1,25.
2. Rozciąganie/dociąganie (draw-down ratio, DDR) – stosunek pola przekroju na wyjściu głowicy do pola gotowego wyrobu; stabilny proces rur ≈ 1,2-1,5 (im cieńsza ścianka i większa prędkość, tym wyższy DDR).

3. Wzory projektowe

Po przyjęciu liniowych współczynników (w praktyce wystarczająco dokładne):
\[
D_{die} = \frac{ODf}{\lambda\;\sqrt{DDR}}, \qquad
d{mandrel} = \frac{ID_f}{\lambda\;\sqrt{DDR}}
\]

Przykładowo dla λ = 1,08 i DDR = 1,30:
\[
D{die} = \frac{6{,}30}{1{,}08\sqrt{1{,}30}} = 5{,}82\; \text{mm} \approx 5{,}80\text{–}5{,}85\; \text{mm}
\]
\[
d{mandrel} = \frac{3{,}60}{1{,}08\sqrt{1{,}30}} = 3{,}33\; \text{mm} \approx 3{,}30\text{–}3{,}35\; \text{mm}
\]

Grubość szczeliny w narzędziu:
\[
t{die} = \frac{D{die}-d_{mandrel}}{2}=1{,}24\; \text{mm}
\]
Po rozprężeniu i rozciągnięciu uzyskujemy docelowe 1,35 mm.

4. Ustalenie długości strefy kalibrującej („die land”)

Zaleca się \(L/H = 10\text{–}20\), gdzie \(H\) to połowa różnicy średnic. Dla \(H ≈ 1,24\; \text{mm}\) długość cylindryczna 12–25 mm zapewnia stabilne ciśnienie i wyrównanie przepływu.

5. Materiał narzędzi

• stal szybkotnąca lub narzędziowa 58–62 HRC (np. NC11LV) z powłoką TiN/TiCN;
• dla produkcji wielkoseryjnej – tuleja die z węglika spiekanego;
• chropowatość powierzchni Ra ≤ 0,4 µm (mandrel) i Ra ≤ 0,8 µm (die).

6. Parametry procesu (start)

• prędkość liniowa 8–12 m/min,
• temperatura cylindrów/ustnika: PA 12 – 190 °C (ostatnia strefa) / 205 °C (ustnik); NBR – 90–105 °C (ustnik),
• podciśnienie w wannie kalibracyjnej 0,04–0,06 MPa, chłodzenie wodą 18–22 °C.

Aktualne informacje i trendy

• Symulacje reologiczne (Autodesk Moldflow Insight, SIGMA Extrusion) pozwalają precyzyjnie dobrać λ i DDR jeszcze przed wykonaniem narzędzia.
• Coraz powszechniej stosuje się wielowarstwowe przewody (PA/ EVOH/PA), co wymusza wytłaczanie współosiowe z wielokanałowymi głowicami spiralnymi.
• Linie z laserową kontrolą średnicy w pętli zamkniętej (+ servo drive ciągnika) redukują odchyłki do ±0,03 mm.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Jeśli materiał ma wysoki moduł elastyczny (PVDF, ETFE) – λ spada nawet do 1,03, a narzędzia należy zwiększyć o ~2-3 %.
• Przy gumach NBR/CSM λ może przekraczać 1,20; wówczas die i mandrel pomniejszamy proporcjonalnie.
• Luz technologiczny pomiędzy mandrelem a trzpieniem wspornika głowicy: 0,05–0,10 mm na stronę, aby uniknąć zanieczyszczeń i wycierania.

Aspekty etyczne i prawne

• Przewody paliwowe podlegają normom:
– SAE J2260 (USA), ISO 7840 (łodzie), ISO 7628 / DIN 73379 (motoryzacja)
• Tolerancje wymiarowe i szczelność muszą być udokumentowane; niewłaściwy dobór narzędzi grozi wyciekami paliwa i zagrożeniem pożarowym.
• Obowiązek prowadzenia rejestracji partii (traceability) – numer narzędzia i receptura mieszanki muszą być identyfikowalne.

Praktyczne wskazówki

1. Pierwszy komplet narzędzi wykonaj z naddatkiem minus (o ~0,05 mm mniejszy otwór die), łatwiej potem rozwiercić niż przyszlifować.
2. Użyj śrub centrujących mandrel – bicie osiowe < 0,03 mm redukuje zmienność ścianki.
3. Kontroluj λ on-line: różnica średnic między ustnikiem a wytłoczką 25 mm za głowicą.
4. Jeśli wyroby „pływają” z tolerancji:
   – najpierw korekta DDR (ciągnik),
   – dopiero potem mechaniczne powiększenie die/mandrela.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Wzory liniowe nie uwzględniają gradientu lepkości w szczelinie – przy rurach < 3 mm ścianki błędy mogą być > 5 %.
• Gdy stosujesz głowice współwytłaczające (multilayer) stosunki przepływów poszczególnych warstw wpływają na λ – konieczna symulacja lub próby.

Sugestie dalszych badań

• Wyznaczenie λ z pomiaru reometrycznego w kapilarze przy realnych prędkościach ścinania.
• Analiza CFD pełnej głowicy, aby zoptymalizować stabilność przepływu i skrócić die-land.
• Ocena odporności paliwowej rurki wg procedury CE10/CE85 – wpływ pęcznienia chemicznego na wymiary końcowe.

Krótkie podsumowanie

Przy rurze paliwowej 6,3 × 1,35 mm najlepszy punkt startowy to mandrel Ø 3,3 mm i die Ø 5,8 mm, co odpowiada λ ≈ 1,08 i DDR ≈ 1,3. Dokładne wymiary zależą od konkretnego materiału oraz parametrów procesu, dlatego kluczowe jest:

1. zebranie danych reologicznych materiału,
2. obliczenia według podanych wzorów,
3. iteracyjne próby z laserową kontrolą średnicy.
   Takie podejście minimalizuje ilość poprawek narzędzia, skraca czas uruchomienia i zapewnia zgodność z normami bezpieczeństwa układów paliwowych.